天然氣技術CNG壓縮機的能耗與節(jié)能分析朱小華王龍龍（中國石油西南油氣田公司銷售分公司）縮過程中，CNG壓縮機的冷卻效果直接關系到其級間溫度的控制，而級間溫度對壓縮機效率影響較大。為此，分析了級間溫度與能耗的關系和多級壓縮*佳壓縮比與冷卻條件的關系，得出了冷卻條件的改善可以降低能耗以及在給定的冷卻條件下可以確定多級壓縮*佳壓縮比的結論。

　　CNG壓縮機能耗級間溫度冷卻*佳壓縮比新津站壓縮天然氣（CNG）作為一種清潔環(huán)保的能源，其利用將帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。但是，由于我國CNG技術的起步較晚，CNG加氣站工藝流程不合理及CNG壓縮機整體性能不夠優(yōu)良，導致其系統(tǒng)運行能耗高、效率低，增加了CNG加氣站運營成本，嚴重制約了CNG行業(yè)的發(fā)展。為了提高CNG加氣站的技術水平和綜合效益，有必要系統(tǒng)分析其運行能耗情況，以研究制定節(jié)能降耗的改進措施。CNG壓縮機作為核心部件，其能耗是加氣站能耗的主要影響因素，因此，對其能耗過程進行研究并提出節(jié)能降耗措施具有現(xiàn)實意義。

　　筆者通過對西南油氣田分公司所屬的CNG加氣站以及遂寧、南充兩市CNG加氣站的調(diào)研發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有CNG加氣站由于配用動力大、運行時間長、耗電量多、冷卻用水量大以及模塊化設計和建設存在原始缺陷等原因，使得壓縮機組、系統(tǒng)流程配置、參數(shù)監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)等重要環(huán)節(jié)不合理，導致系統(tǒng)運行能耗高、效率低，給CNG生產(chǎn)與運營帶來了巨大的壓力。

　　以該公司所屬的4座CNG加氣站（新津站、樂山1站、樂山2站、雅安站）為例，四川省節(jié)能技術服務中心分別于2006年7月與2007年5月對這4座加氣站的壓縮機組進行了節(jié)能監(jiān)測與復測，其檢測結果如所示，表明其機組效率均偏低。

　　機組效率60.00%樂山1站樂山2站雅安站A機組雅安站B機組機組名稱CNG加氣站調(diào)研情況經(jīng)預處理的天然氣通過進站過濾、計量、調(diào)壓后，以一定壓力進人天然氣深度脫水裝置，使天然氣水露點達到標準（GB18047 -2000車用壓縮天然氣），而后經(jīng)洗滌罐進人天然氣壓縮機進行多級壓縮，使其壓力達到25MPa，通過優(yōu)先順序控制盤進人高、中、低壓3組儲氣瓶暫時存儲，而后經(jīng)過優(yōu)先順序控制盤、加氣機（或由壓縮機直供氣）對天然氣汽車充氣。當儲氣瓶中的氣量低于壓縮機的啟動設置點時，壓縮機重新啟動，重復上述過程。

　　CNG壓縮過程的理論循環(huán)包括以下3個假設：①氣缸沒有余隙而且密封良好，氣閥開關及時；②氣體在吸排氣過程中狀態(tài)不變，即吸氣時狀態(tài)同于氣體被吸人前的狀態(tài)，排氣時狀態(tài)同于壓縮終了時的狀態(tài)；③氣體被壓縮時是按不變的壓縮過程指數(shù)值進行。

　　址：（610017）四川省成都市玉沙路往復式壓縮機的理論循環(huán)如所示：CNG壓縮機的理論循環(huán)壓縮機的理論循環(huán)包括等溫循環(huán)、絕熱循環(huán)和多變循環(huán)3種形式。

　　所謂等溫循環(huán)是指氣體在壓縮過程中溫度始終保持不變，壓縮過程曲線AB的方程PV為常數(shù)。對等溫壓縮過程，1kg理想氣體所消耗的循環(huán)功在中以ABCDA表示。

　　在絕熱循環(huán)的壓縮過程中，氣體同外界沒有熱交換。氣體絕熱壓縮過程曲線的方程式分理想氣體和實際氣體兩種情況。對于理想氣體：為常數(shù)，k為氣體絕熱指數(shù)；對于實際氣體：為常數(shù)，k，。為容積絕熱指數(shù)。

　　CNG壓縮理論循環(huán)為多變循環(huán)。所謂多變循環(huán)是指壓縮氣體與外界有熱交換，在中多變壓縮曲線AB'方程PF‘為常數(shù)，n為多變過程壓縮指數(shù)，在壓縮機中可以看成1　　下面根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研中的參數(shù)結合能耗主要影響因素（級間溫度、級間壓縮比）進行節(jié)能降耗優(yōu)化研究。

　　三、CNG壓縮機能耗參數(shù)優(yōu)化1.級間壓縮溫度與效率的關系CNG壓縮理論循環(huán)為多變循環(huán)，級間壓縮過程的終點溫度計算如下：終點的壓強，Pa；T，乃為氣體壓縮始點和終點的溫n的選擇將影響到壓縮機實際排氣溫度和計算排氣溫度的偏差，以及實際所耗功率同計算功率的偏差多變壓縮1kg理想氣體的循環(huán)功為：多變壓縮1kg實際氣體的循環(huán)功為：以便求得計算公式。當已知氣缸壓力指示圖和機器轉(zhuǎn)速時，指示功率表示為：用氣缸應為兩側(cè)氣缸工作容積之和，m3；n為過程指數(shù)，低壓級n=（0.95~0.99）k，高壓級可取n=k；蘆'、P2'分別為平均實際吸、排氣壓力，Pa；實際壓縮比，從以上推導可以得出，絕熱循環(huán)功耗*大，等溫循環(huán)功耗*小，多變循環(huán)介于兩者之間。等溫過天然氣技術/57程實際上是不存在的，但將其與實際壓縮過程比較，可以判定實際過程的經(jīng)濟性。任意級的進氣溫度由于冷卻不完善而使該級進氣溫度升高時，會使該級功耗也增加，第二級進氣溫度比**級進氣溫度每增加3會使第二級功耗增加約1%.因此，為了降低功耗應降低該級的進氣溫度，即要改善該級前的冷卻效果。

　　現(xiàn)有CNG壓縮機為多級冷卻，冷卻介質(zhì)為水，并且采用列管式冷卻器，以某CNG加氣站為例，其級間人口、出口溫度如表1所示。各級的級間出、人口溫度變化較大，表明該壓縮機的級間熱交換器的工作效果有待調(diào)整與改變，以提高運行效率。

　　通過以上分析得知，級間溫度對壓縮機效率影響較大，級間溫度的控制直接和壓縮機冷卻效果相表1某CNG加氣站壓縮機各級壓縮入、出口溫度表（T第i級壓縮人口溫度出口溫度關，但是改善級間冷卻時要注意：改善冷卻不應增加冷卻器的阻力，否則有可能得不償失。冷卻反映在后一級的收益，阻力反映在前一級的損耗。若后一級的收益大于前一級的損耗，則機器功耗有所降低，若前一級的損耗大于后一級的收益，則功耗反而會增加。

　　對于現(xiàn)場的壓縮機，在運行中如果冷卻水溫降低或水耗量增大也能使中間冷卻效果改善，但這將引起級間壓力改變，對級間功耗影響較復雜。

　　一個兩級壓縮機在運行中若級間冷卻改善，則級間壓力降低，由此**級壓力降低功耗減少，第二級壓力提高功耗增加。一般情況下，壓力改變功耗的增加值要小于冷卻改變功耗的降低值，故機組的能耗還是會降低。

　　2.多級壓縮*佳壓縮比溫度對一定結構活塞式壓縮機的壓縮比有較大影響，目前多級壓縮*佳壓縮比的分配是按中間冷卻器效果完善（即冷卻到第1級的吸氣溫度，同時不考慮中間冷卻時存在的壓力損失）、壓縮機理論功耗為*小值時確定的，即各級壓比相等時，壓比分配為*佳。但實際情況并非如此，由于實際中間冷卻效果不一定完善，同時有一定壓力損失的存在，下面就討論如何根據(jù)壓縮機理論功耗*小來確定*佳壓比。

　　在3級壓縮過程中，假設各級多變指數(shù)相等且為n，可得：第1、2、3級的參數(shù)；e為總壓比；e，分別為第1、2、3級的壓比；為級間相對壓力損失，即下一級吸氣壓力與上一級排氣壓力之比，為第2級吸氣壓力與第1級排氣壓力之比，心為第3級吸氣壓力與第2級排氣壓力之比；R為氣體常數(shù)；I、T，2分別為中間冷卻介質(zhì)流人、流出溫度，K；E為熱容量之比，￡= C，C，分別為被壓縮氣體及中冷介質(zhì)的定壓比熱，l/（kgI；m氣、m冷分別為被壓縮氣體及中冷介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/s；a為系數(shù)，=￥%，下標1、2分別表示第1、2級的參數(shù)；B為中冷的換熱率，相當于單位有效溫差，從單位排氣量中帶走的熱量；q，為單位排氣量所消耗的中冷介質(zhì)量。

　　對中間冷卻進行熱平衡分析，可得：（1）中間冷卻溫度在t2=t3且為常數(shù)的條件下求*佳壓縮比由=且1=可得功耗*小的壓比分ds！ds2配關系為：由此可見，3級壓縮與2級壓縮相反，隨T升高，第1級應少壓，第2、3級則應多壓。從，都將較大地降低功耗。

　　間溫度對能耗的影響，冷卻條件的改善可以降低能耗，改變效率低的現(xiàn)狀。

　　功*小時壓縮機的各級壓比分配。

　　卜1由于Tf/U），因此確定值可采用迭代計算法：綜上所述，不同冷卻條件下，多級壓縮的*佳壓比分配并不相同，即*佳壓比的分配與冷卻條件有關。壓縮比與能耗的關系有：隨著多變壓縮指數(shù)n的增加，不同冷卻條件下第1級的*佳壓比變化并不相同，偏離極值點會引起功耗的增加；隨n的減小或T2的降低（B增加），無論強化級間冷卻（B增加）還